一種實現多路電子開關單線模擬輸出的方法及電路的製作方法
2023-05-26 03:29:01 4
專利名稱：一種實現多路電子開關單線模擬輸出的方法及電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種實現多路電子開關單線模擬輸出的方法及電路，是一種開關型電子器件的組合方法及其電路，具體說是一種能夠將多路漏極開路或集電極開路輸出的電子開關通過組合後實現單線模擬輸出的方法及其電路。
背景技術：
在需要了解物體位置信息或物體運動狀態時，可以分別使用線性型或開關型電子器件來採集信息。線性型電子器件輸出模擬信號，使用起來簡單方便，但缺點是檢測範圍較小，且一般環境適應性較差，當檢測環境惡劣時往往導致線性器件參數發生較大變化；開關型電子器件輸出數位訊號，一般環境適應性較好，當物體位置變化範圍較大時，可以使用多路開關型器件的組合來反映它的信息，但缺點是要用相同數量的信號線將這些器件輸出的數位訊號傳輸至後級處理器進行進一步分析處理，信號線的增加不僅要佔用處理器大量埠，而且增加了安裝難度和成本。
發明內容
發明目的本發明針對現有技術存在的問題與不足，提供一種能夠將多條信號線按一定方法連接起來、把多個數位訊號轉換成一個模擬信號、並通過一條信號線輸出、使得處理器信號處理變得非常簡單的實現多路電子開關單線模擬輸出的方法；同時針對現有由多路漏極開路或集電極開路電子開關組成的電路的缺點，提供一種只需一條信號線就能得到多路電子開關的輸出狀態、從而獲取所檢測對象信息的實現多路電子開關單線模擬輸出的電路。技術方案一種實現多路電子開關單線模擬輸出的方法，包括如下步驟(1)信號的獲取將多路電子開關和上拉電阻連接成分壓電路系統，從分壓電路上固定的分壓點獲取多路電子開關工作狀態信號。常見的開關型傳感器或開關型集成電路大多採用漏極開路(M0S工藝)或集電極開路(TTL工藝)方式輸出數位訊號。漏極開路或集電極開路輸出的電子器件可被視為一個由某種信號(聲、光、電、磁等)控制的電子開關，一般由信號傳感元件、信號處理單元和輸出管(漏極開路的場效應管或集電極開路的電晶體)組成。例如，聲控器件可視為聲控制的電子開關，光耦合器件可視為光控制的電子開關，比較器可視為電控制的電子開關，霍爾開關電路可視為磁控制的電子開關。這類電子開關的共同特點在於輸出時都需要匹配一個上拉電阻(即接電源電阻)，通過輸出管的導通或截止輸出低電平或高電平。按照現有技術，當需要由多路電子開關的組合來反映物體位置或運動狀態時，往往需要相同數量的信號線將每個電子開關的高低電平信號輸往後級處理器進行進一步處理。而本發明由於將多路電子開關和上拉電阻連接成分壓電路系統，信號是從固定的分壓點上獲取的，這樣就實現了只需一條信號線就能得到多路電子開關輸出狀態功能的。(2)模擬輸出功能的獲得通過分壓電路系統「接地點的移動」改變輸出點分壓值，實現模擬輸出功能。由於外部控制信號控制任一電子開關開通時，都相當於該電子開關輸出管集電極接地，因此，當外部控制信號隨著物體移動時，接地點則在幾個電子開關輸出管集電極之間移動，這意味著構成分壓電路的接地點也隨著外部控制信號的變化而變化，因此分壓值 (也就是信號線輸出的電壓值)也同時隨著變化，例如當第一號電子開關接收到外部控制信號時，第一號電子開關開通，其他電子開關均斷開，此時第一號輸出管集電極接地，信號線輸出電壓為零，即Vol = 0。當第二號電子開關接收到外部控制信號時，第二號電子開關開通，其他電子開關均斷開，此時接地點移動到第二號輸出管集電極，信號線輸出電壓為Rl和R2的分壓，即Vo2 = (R2/(Rl+R2))*Vcc。當第三號電子開關接收到外部控制信號時，第三號電子開關開通，其他電子開關均斷開，此時接地點則移動到第三號輸出管集電極，信號線輸出電壓為Rl和(R2+R3)的分壓，即Vo3 = ((R2+R3) /(R1+R2+R3))*Vcc 以此類推，當第η號電子開關接收到外部控制信號時，第η號電子開關開通，其他電子開關均斷開，此時接地點則移動到第η號輸出管集電極，信號線輸出電壓為Rl和 (R2+R3+......+Rn)的分壓，即Von = ((R2+R3+......+Rn) / (R1+R2+R3+......+Rn)) *Vcc。適當調節每個上拉電阻阻值可得到模擬變化(或趨於線性變化)的輸出值。一種實現上述多路電子開關單線模擬輸出方法的電路，包括若干電子開關和與之匹配的上拉電阻；所述電子開關和上拉電阻連接成分壓電路系統，信號從固定的分壓點輸
出ο所述電子開關至少為兩個，所述每個電子開關均包括一個信號傳感元件、一個信號處理單元和一個輸出管。所述電子開關的輸出管為漏極開路場效應管或集電極開路電晶體。其中，所述每個電子開關內部的信號傳感元件、信號處理單元和輸出管之間的連接方法與傳統方法相同，各個電子開關輸出端則通過一組上拉電阻互連。以輸出管是集電極開路的電晶體為例， 具體的連接方式如下第一號輸出管集電極通過第一號上拉電阻Rl與外接電源Vcc相連接；第二號輸出管集電極通過第二號上拉電阻R2與第一號上拉電阻Rl相串聯；第三號輸出管集電極通過第三號上拉電阻R3與第二號上拉電阻R2相串聯；......第η號輸出管集電極通過第η號上拉電阻1 與第(n_l)號上拉電阻Rn_l相串聯；通過上述方法，多路電子開關和與之匹配的上拉電阻構成一分壓電路系統，信號線從Rl和R2的連接點上引出。通過調節所述上拉電阻阻值得到所需的線性輸出。有益效果與現有技術相比，本發明所提供的實現多路電子開關單線模擬輸出的方法及電路具有如下優點(1)電路能夠將多路漏極開路或集電極開路輸出的開關電路經組合後形成一個電路系統，從而實現單線輸出；(2)通過調整上拉電阻阻值可得到所需變化的模擬輸出；(3) 特別是當開關電路數量較大時，可以大大減少信號線數量，降低電路安裝難度，節省安裝成本；(4)可根據輸出模擬量的變化趨勢辨別外部控制信號的運動方向；( 電路系統中某路電子開關處於休眠時，不會影響整個系統的工作，從而提高電路系統的可靠性和靈活性。
圖1為本發明實施例由五個電子開關組成的電路圖；圖2為本發明應用於集成光電開關的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。實現多路電子開關單線模擬輸出的方法，包括如下步驟(1)信號的獲取將多路電子開關和上拉電阻連接成分壓電路系統，從分壓電路上固定的分壓點獲取多路電子開關工作狀態信號；(2)模擬輸出功能的獲得通過分壓電路系統「接地點的移動」改變輸出點分壓值，實現模擬輸出功能。其中，「接地點的移動」是由於外部控制信號控制任一電子開關開通時，都相當於該電子開關輸出管集電極接地，因此，當外部控制信號隨著物體移動時，接地點則在幾個電子開關輸出管集電極之間移動，這意味著構成分壓電路的接地點也隨著外部控制信號的變化而變化，因此分壓值也同時隨著變化；分壓值是信號線輸出的電壓值。實現多路電子開關單線模擬輸出的電路實施例1 如圖1所示，本實例由5路電子開關和與之相匹配的5個上拉電阻組成，其中第一號電子開關1包括第一號信號傳感元件11、第一號信號處理單元12和第一號輸出管13; 第二號電子開關2包括第二號信號傳感元件21、第二號信號處理單元22和第二號輸出管23 ；第三號電子開關3包括第三號信號傳感元件31、第三號信號處理單元32和第三號輸出管33 ；第四號電子開關4包括第四號信號傳感元件41、第四號信號處理單元42和第四號輸出管43;第五號電子開關5包括第五號信號傳感元件51、第五號信號處理單元52和第五號輸出管53 ；其中第一號輸出管13、第二號輸出管23、第三號輸出管33、第四號輸出管43和第五號輸出管53均為漏極開路場效應管或集電極開路電晶體；
上拉電阻Rl的一端與第一號輸出管13的集電極相接於Al點，另一端與電源VCC 相接；上拉電阻R2的一端與第二號輸出管23的集電極相接於A2點，另一端與Al點相接；上拉電阻R3的一端與第三號輸出管33的集電極相接於A3點，另一端與A2點相接；上拉電阻R4的一端與第四號輸出管43的集電極相接於A4點，另一端與A3點相接；上拉電阻R5的一端與第五號輸出管53的集電極相接於A5點，另一端與A4點相接；信號線6從Al點引出。5個電子開關和5個上拉電阻串聯構成一分壓電路系統，其接地點由所述5個輸出管的導通狀態決定。當外部控制信號7依次從第一號電子開關1移動到第五號電子開關5時，第一號輸出管13、第二號輸出管23、第三號輸出管33、第四號輸出管43、第五號輸出管53依次被觸發導通，接地點依次從Al移動到A2、A3、A4、A5點，信號線6則依次輸出電壓Vol、Vo2、 Vo3、Vo4、Vo5。本實例中，假定電晶體導通時電阻為零，截止時電阻為無窮大，並取Rl = R，R2 = 0. 25R, R3 = 0. 417R, R4 = 0. 833R, R5 = 2. 5R,則有Vol = 0 ；Vo2 = (R2/(Rl+R2))*Vcc = 0. 2Vcc ；Vo3 = ((R2+R3)/(R1+R2+R3))*Vcc = 0. 4Vcc ；Vo4 = ((R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4))*Vcc = 0. 6Vcc ；Vo5 = ((R2+R3+R4+R5)/(R1+R2+R3+R4+R5))*Vcc = 0. 8Vcc。根據以上描述可知，該電路能夠將多個集電極開路輸出的電子開關組合後實現單線輸出，並通過調整上拉電阻阻值，能使得輸出電壓值趨於線性。如果需要擴大檢測範圍或提高檢測精度，只須增加級聯相應數量的電子開關和上拉電阻即可。此外，根據輸出電壓值的變化趨勢，還可以辨別外部控制信號移動(即物體移動)的方向。實施例2:圖2是利用集成光電開關檢測物體位置的實例。從第一號電子開關1到第五號電子開關5均為集成光電開關TC-3330(集電極開路輸出)，TC-3330是一個典型的集電極開路輸出集成光電開關，當外界光線較強時，光電開關處於截止狀態(輸出管集電極對地截止)；當光線較弱時，光電開關處於導通狀態(輸出管集電極對地導通)。若在光電開關輸出管集電極接上一個上拉電阻，則光電開關對應輸出高電平或低電平。本實例由5個集成光電開關組成陣列用於進行物體位置檢測。當物體阻擋光線形成的陰影區7掃描通過集成光電開關陣列時，相應的集成光電開關導通。假設Rl = R2 = R3 = R4 = R5 = R，則可分別得到Vol = 0 ；Vo2 = (R2/(Rl+R2))*Vcc = l/2*Vcc ；
Vo3 = ((R2+R3)/(R1+R2+R3))*Vcc = 2/3*Vcc ；Vo4 = ((R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4))*Vcc = 3/4*Vcc ；Vo5 = ((R2+R3+R4+R5)/(R1+R2+R3+R4+R5))*Vcc = 4/5*Vcc。通過模數轉換器件(AD)對信號線6的輸出值進行採樣，可以得到當前的電壓值， 從而得知陰影區的移動位置和形成陰影區的物體位置。
權利要求
1.一種實現多路電子開關單線模擬輸出的方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)信號的獲取將多路電子開關和上拉電阻連接成分壓電路系統，從分壓電路上固定的分壓點獲取多路電子開關工作狀態信號；(2)模擬輸出功能的獲得通過分壓電路系統「接地點的移動」改變輸出點分壓值，實現模擬輸出功能。
2.如權利要求1所述的實現多路電子開關單線模擬輸出的方法，其特徵在於所述「接地點的移動」是由於外部控制信號控制任一電子開關開通時，都相當於該電子開關輸出管集電極接地，因此，當外部控制信號隨著物體移動時，接地點則在幾個電子開關輸出管集電極之間移動，這意味著構成分壓電路的接地點也隨著外部控制信號的變化而變化，因此分壓值也同時隨著變化。
3.如權利要求2所述的實現多路電子開關單線模擬輸出的方法，其特徵在於所述分壓值是信號線輸出的電壓值。
4.一種實現如權利要求1所述多路電子開關單線模擬輸出方法的電路，包括若干電子開關和與之匹配的上拉電阻；其特徵在於所述電子開關和上拉電阻連接成分壓電路系統，信號從固定的分壓點輸出。
5.如權利要求4所述的實現多路電子開關單線模擬輸出的電路，其特徵在於所述每個電子開關均包括一個信號傳感元件、一個信號處理單元和一個輸出管。
6.如權利要求4所述的實現多路電子開關單線模擬輸出的電路，其特徵在於通過調節所述上拉電阻的阻值得到線性輸出。
7.如權利要求5所述的實現多路電子開關單線模擬輸出的電路，其特徵在於所述電子開關的輸出管為漏極開路場效應管或集電極開路電晶體。
8.如權利要求5所述的實現多路電子開關單線模擬輸出的電路，其特徵在於所述電子開關至少為兩個。
全文摘要
本發明公開了一種實現多路電子開關單線模擬輸出的方法及電路。其中，方法包括信號的獲取和模擬輸出功能的獲得步驟，信號的獲取是將多路電子開關和上拉電阻連接成分壓電路系統，從分壓電路上固定的分壓點獲取多路電子開關工作狀態信號；模擬輸出功能的獲得是通過分壓電路系統「接地點的移動」改變輸出點分壓值，實現模擬輸出功能。電路包括若干電子開關和與之匹配的上拉電阻；所述電子開關和上拉電阻連接成分壓電路系統，信號從固定的分壓點輸出。方法能夠將多條信號線按一定方法連接起來、把多個數位訊號轉換成一個模擬信號、並通過一條信號線輸出、使得處理器信號處理變得非常簡單。電路通過一條信號線就能得到多路電子開關的輸出狀態。
文檔編號H03K17/94GK102386903SQ20111036226
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者凌超, 劉玉林, 崔義煒, 李雲方 申請人:南京艾馳電子科技有限公司